Применение низковысотной аэрофотосъемки в археологии [1]

Д.В. Рукавишников

Институт археологии РАН

Использование в археологических исследованиях аэрофотосъемки насчитывает уже около века. С помощью дешифровки аэроснимков в разное время выделялись и исследовались различные типы объектов - городища, курганы, в том числе и уничтоженные распашкой, протяженные структуры, такие как остатки каналов, следы межевания и остатки древних дорог. Однако разрешение снимков стандартной промышленной аэрофотосъемки позволяло точно выделять лишь объекты довольно значительных размеров - от 10 м, реже меньше. Таким образом, целая категория археологических объектов небольших размеров, таких как ямы, небольшие постройки, грунтовые погребения, выпадали из сферы исследования. Решить проблему исследования подобных объектов аэрометодами позволяют специализированные комплексы, проводящие съемку с небольших высот - от нескольких до 100 м от поверхности. Основным недостатком в данном случае является отсутствие подобных промышленно произведенных комплексов в нашей стране. В результате каждый исследователь вынужден с нуля разрабатывать их для своих нужд. Одному такому комплексу посвящена данная статья.

В мире для проведения низковысотной аэрофотосъемки применяются сверхлегкие летательные аппараты (СЛА), воздушные змеи [http://scotthaefner.com/kap http://club.foto.ru/info/articles/article.php?id=139] или газонаполняемые аэростаты и зонды [http://www.itt21.com/kuusatu/index.html http://www.altafoto.com/eng/principal.htm], а также шары, наполняемые теплым воздухом, - монгольфьеры. В качестве СЛА обычно используются мото- и обычные парапланы и дельтапланы [http://www.paraclub.ru/AFoto/aerofoto.shtml], а также радиоуправляемые модели самолетов и вертолетов [http://skyflex.air.ru http://www.green-jpn.com]. Каждый из носителей имеет свои достоинства и недостатки. Недостатком радиоуправляемых моделей является относительно высокая стоимость носителя и невозможность остановить аппарат в нужной точке. Практически такие же минусы при применении в качестве носителей имеют дельтапланы и парапланы. Обычно производимая с подобных носителей съемка является перспективной, т. е. направленной под некоторым углом к объекту исследования, а не плановой - производимой вертикально сверху. Для низковысотной съемки последнего типа чаще применяются аэростаты и змеи. Последние часто используются в зарубежной практике. Основным условием использования в качестве носителя воздушного змея является сильный ветер, что в наших природных условиях обычно связано с плохой погодой, и, как следствием, недостаточной освещенностью, что делает съемку невозможной. Таким образом, наиболее оптимальным способом проведения низковысотной аэрофотосъемки в отечественных условиях становится съемка с использованием газонаполняемых дирижаблей. Основной недостаток дирижаблей - относительно высокая стоимость и коммерческая редкость газа-наполнителя - гелия.

Следует отдельно отметить, что сравнение качества, возможностей и удобства применения в научных целях перспективной и плановой аэрофотосъемки, а также различных типов носителей, не будет рассматриваться в данной статье и может быть темой отдельного большого исследования.

Объектом нашего исследования, проведенного с помощью газонаполняемого аэростата, стал храмово-культовый памятник конца IV - первой половины III тыс. до н. э. - Телль Хазна I, расположенный в провинции Хассаке Сирийской Арабской Республики. Работы Сирийской экспедиции ИА РАН начались на памятнике в 1988 г., и ко времени исследования (2002 г.) была вскрыта площадь свыше 3000 м2. Памятник обладает очень сложной регулярной планировкой и уникальными по своей сохранности архитектурными объектами. Стены отдельных построек прослежены на высоту до 8 м. Основной целью работы стала низковысотная съемка раскопанной площади и создание на ее основе мелкомасштабного плана, пригодного для дальнейшей полевой работы, выяснения особенностей планировки и т. д.

В качестве носителя был выбран аэростат АСГ-10 производства НПЦ "Авиатрон" [http://www.aviatron.ru/gel.htm]. Сигарообразная форма дирижабля позволяет ему хорошо держаться в сильных воздушных потоках, что было необходимо в условиях сирийской пустыни. Подъемная сила аппарата позволяет ему нести полезную нагрузку до 5 кг, достаточную для выбранных целей. Наполнялся аэростат двумя стандартными промышленными баллонами гелия, емкостью 40 л каждый. Для съемки использовалась 3.3-мегапиксельная цифровая камера Canon PowerShot G1. Для камеры был специально разработан пульт дистанционного управления (рис. 1). Для предотвращения повреждения аппарата в случае падения носителя камера крепилась на эластичных подвесках внутри металлического кожуха (рис. 2). Сам кожух крепился снизу к продольному такелажу дирижабля на подвижном металлическом кольце (рис. 3). Это позволило, во-первых, минимизировать влияние колебаний носителя на камеру, а во-вторых - ориентировать камеру вертикально (под воздействием земного притяжения).

По изначальному проекту производителя, дирижабль фиксируется на земле и управляется одним фалом, крепящимся к оболочке аэростата посредством карабина с вертлюгом. Однако использование подобной конструкции в условиях сильного ветра, характерного для Сирии, оказалось невозможным, поэтому при проведении съемки дирижабль управлялся четырьмя людьми с помощью четырех фалов, жестко закрепленных на обшивке в четырех точках - на носу и на корме аэростата (рис. 4). Подобная схема управления оказалась оптимальной и дала возможность управлять дирижаблем даже при ветре скоростью выше 20 м/сек.

Съемка проводилась с различных высот, от 15 до 50 м (рис. 5, 6, 7). Определенную сложность создавал рельеф памятника, представляющего собой холм высотой 18 м с большим количеством сложных построек, из-за чего возникали различной силы восходящие потоки, мешавшие дирижаблю. Это не всегда позволяло поднять аппарат на нужную высоту. Осложнила работу и начавшаяся пылевая буря со штормовыми порывами ветра. Для компенсации дрожания камеры съемка велась в режиме приоритета выдержки, которая выставлялась на 1/200 сек. или более. Это давало возможность получить резкие снимки даже при серьезных колебаниях как дирижабля, так и рамы (рис. 8, 9, 10, 11, 12). Использование цифровой камеры и флеш-памяти большой емкости позволило прямо по ходу съемки выявлять и ликвидировать недостатки снимков, а также упростило дальнейшую обработку изображений.

Недостатком короткофокусного объектива камеры является достаточно сильная дисторсия - искажение изображения по краям снимка. Поэтому предварительная обработка снимка была связана с вырезанием центральной части, наименее подверженной дисторсии. Основная работа с изображением велась в программном пакете ERMapper 5.5 (рис. 13). Для этого снимки импортировались в среду программы. Затем проводились геокодировка и ортокоррекция изображений по заранее геокодированным с помощью GPS растровой и векторной сеткам квадратов раскопа и - в качестве временной меры - геокодированному растровому плану исследованной части памятника (рис. 14). В результате было получено мозаичное изображение сводного аэрофотоснимка всей отснятой поверхности. В дальнейшем по полученным данным был создан векторный план Телль-Хазны для использования в качестве основы ГИС по материалам исследования памятника. В 2005 г. подобную работу, ввиду вскрытия новых площадей, планируется повторить с учетом наработанной методики.

Описанная методика съемки имеет перспективы применения не только на раскопанных памятниках - при создании планов раскопов, их уточнении и т. д., - но и на памятниках археологии, не исследованных полевыми работами, - для поиска мелкомасштабных объектов, таких как ямы, котлованы жилищ, грунтовые погребения и другие небольшие повреждения структуры почвы.

Примечания

[1] Статья написана в рамках работы над проектом РФФИ № 03-06-80099. назад